데이터통신 정리

데이터통신 정리

Behrouz A.Forouzan의 “Data Communications and Networking” 참고

Introduction

Protocols

메시지 송수신 컨트롤

• 송수신 규격을 정함
• 송수신 순서를 정함
• 송수신 방법을 정함

Internet

Network of networks, 네트워크들의 네트워크

Network Edge

어플리케이션, 호스트 (PC등)

• End system
• 클라이언트/서버 모델
• peer-to-peer (P2P) 모델

Network Core

라우터, 인터넷

Data Communication

전송 미디어를 통해 두 디바이스 간에 데이터를 주고 받는것

• Component
  • Protocol (프로토콜)
  • Message (메시지)
  • Sender (송신자)
  • Receiver (수신자)
  • Transmission medium (전송 통로)
• 데이터 표현
  • 숫자, 텍스트, 오디오, 비디오 등
• Data Flow
  • Simplex = 단방향
  • Half-duplex = 무전기
  • Full-duplex = 전화

Networks

커뮤니케이션 가능한 기기들간의 연결

• PC, 라우터, 모뎀, 핸드폰 모두 가능

• Network Criteria
  • Performance (성능)
  • Reliability (신뢰성)
  • Security (안전성)
• 물리적 구조
  • Point-to-Point : 두 디바이스가 링크 하나로 서로 연결
  • Multipoint : Bus 형태로, 여러 디바이스가 하나의 링크에 연결
  • Fully-connected : 서로 모든 디바이스가 링크로 연결
  • Star topology : 하나의 허브를 통해 연결
  • Ring topology : 링크가 원형으로 있고 여기에 디바이스가 연결

Network Types

• LAN (Local Area Network)
  • 지역적 네트워크 (가정, 회사 등)
  • 각 디바이스가 유일한 Address 가짐
  • Host에 연결됨
  • 과거에는 Bus 형태이지만 최근에는 Switch에 연결 (공유기 등)
  • 영역과 영역을 넘나 들 때는 Router나 Gateway 거쳐야함 (각각 영역의 LAN은 Isolate 되었다고 표현)
• WAN (Wide Area Network)
  • LAN보다 훨씬 넓은 의미의 네트워크 (지역, 도시, 국가)
  • 스위치나 라우터, 모뎀 등이 서로 연결됨
  • Network와 Network 사이의 연결
  • LAN과 LAN이 WAN으로 연결 가능
  • Switched WAN (스위치를 통한 WAN), Router to Router, Modem, LAN 등이 서로 연결 가능
• Switching
  • 인터넷은 스위치로 구성되었고 스위치는 최소 2개의 링크를 가짐
  • 스위치는 하나의 네트워크에서 다른 네트워크로 데이터를 포워딩해줌
  • Circuit-switched Network : 스위치에 여러 기기들이 연결되어 있고, 큰 Capacity를 가진 하나의 전선이 스위치끼리 연결해줌
  • Packet-switched Network : 위와 형태는 같지만 스위치 대신 라우터가 있고 라우터가 패킷을 보내줌
• Internet
  • 여러 네트워크들의 네트워크
  • ISP (Interenet Service Provider) : 인터넷 서비스 제공사업자
  • 거대한 백본 네트워크에 ISP들의 네트워크가 연결되고, ISP들의 네트워크에 소비자 네트워크가 연결됨

Network Models

Protocol Layering

Protocol은 송수신자 사이 혹은 기기들 사이의 커뮤니케이션을 효율적으로 하기위한 룰을 정의함. 커뮤니케이션 방법이 간단하지 않기 때문에 여러 레이어로 나눠서 처리함.

• Single-layer protocol

• Three-layer Protocol

• Logical connection between peer layers

TCP/IP Protocol Suite

• Layers in the TCP/IP protocol Suite

• Communication through an Internet

Encapsulation / Decapsulation

Addressing

Packet names	Layers	Address
Message	Application Layer	Names
Segment/User datagram	Transport Layer	Port numbers
Datagram	Network Layer	Logical addresses(IP)
Frame	Data-link Layer	Link-layer addresses
Bits	Physical Layer

Multiplexing / Demultiplexing

여기서 멀티플렉싱은 상위 레이어의 프로토콜을 패킷으로 캡슐화하는 프로토콜이고 디멀티플렉싱은 반대의 의미

OSI Model

Application, Presentation, Session은 Application 레이어 하나로 봐도 무방함

Layer	Name
Layer 7	Application
Layer 6	Presentation
Layer 5	Session
Layer 4	Transport
Layer 3	Network
Layer 2	Data Link
Layer 1	Physical

Introduction to Physical Layer

Data and Signals

• Communication at the physical layer

Analog / Digital Data

Analog 데이터란 연속된(Continuous) 데이터이고, Digital 데이터란 불연속(Discrete) 데이터. Analog와 Digital 신호도 이와 유사, Analog 신호은 수많은 파장의 세기로 구성되어있고 연속된 값을 가질 수 있으며, Digital 신호에선 정해진 몇 가지의 값만 가질 수 있음

Periodic / Nonperiodic

주기성을 가지는 신호, 가지지 않는 신호

• Cycle : 주기성을 가지는 신호의 반복되는 패턴

Periodic Analog Signals

사인파

• 진폭(Peak amplitude) : 최대 변위 크기
• 파장(Wavelength) : 한 주기 동안 진행한 거리
• 주기(Phase) : 한 점이 1회 진동하는데 걸리는 시간
• 진동수(Frequency) : 1초 동안 진동 횟수

Time / Frequency Domains

• 시간 도메인, 진동수 도메인 나눠서 생각 가능

Composite Signals

여러 신호이 합쳐질 수 있음

Bandwidth

Composite Signal에서 진동수의 범위

Digital Signals

디지털 신호로도 데이터 전송 가능

Bit Rate

진동수 대신 비트레이트 사용, 초당 몇 비트 전송 가능한지

Bit Wavelength

한 비트 당 Transmission medium에서 전송되는 거리 $Bit\ length = Propagation\ speed \times bit\ duration$

Digital as Composite Analog

디지털 신호를 아날로그 신호의 결합으로 볼 수 있음 (Bandwidth = 0 ~ inf)

Transmission of Digital Signals

• Basebnad Transmission

• Bandwidth of two low-pass channels

  • Bandwidth 사이의 주기를 가진 신호만 걸러줌

Transmission Impairment (전송 장애)

수신 데이터와 전달 매체를 통해서 전달된 데이터가 다를 수 있음

Attenuation (신호 감소)

• 신호가 에너지를 잃어서 일어나는 장애
• 중간에 증폭기(Amplifier)를 달아서 해결

Distortion (신호 왜곡)

• 디지털 신호는 서로 다른 주파수를 가진 신호가 결합해서 만들어지는데 이 때 신호들의 속도 차이로 왜곡이 발생

Noise (노이즈)

전달 매체의 열이나, 신호의 혼선으로 인해 노이즈 발생

Digital Transmission

Digital-to-Digital Conversion

Line Coding

디지털 데이터를 디지털 신호로 바꾸는 프로세스

• 디지털 데이터(비트)를 신호로 바꿈
• 받는 쪽에서는 디지털 신호를 디지털 데이터로 바꿈
• 주는쪽과 받는쪽의 Synchronization 필요 (동기화 안되면 잘 못 받을 수 있음)